Aufbau von Proteinkomplexen

Die meisten Proteine funktionieren nicht als vollständig verlängerte Polypeptidketten, sondern bauen sich zu kompakten Mehrkomponentenkomplexen zusammen. Während des Zusammenbaus muss der wachsende Komplex seine spezifischen Bestandteile aus einer Mischung von Hunderten verschiedener Protein- und Nicht-Proteinspezies unterscheiden, die in der Zelle vorhanden sind.

Proteinkomplexe können entweder homomer sein, bestehend aus mehreren Kopien derselben Polypeptidkette, oder heteromer, bestehend aus mehreren unterschiedlichen Polypeptidketten oder Nicht-Proteinkomponenten.

Normalerweise verfügen Proteine über alle notwendigen Informationen, um sich schnell und präzise aus ihren Bestandteilen zu funktionellen Komplexen zusammenzusetzen.

Viele Viren können sich selbst zu einer voll funktionsfähigen Einheit zusammensetzen, indem sie die infizierte Wirtszelle nutzen, um alle notwendigen Komponenten zu produzieren.

Im Tabakmosaikvirus zum Beispiel ordnen sich die Untereinheiten der Hüllproteine in vitro selbst zu einzelnen Ringen zusammen. Ein RNA-Molekül bindet im Zentrum der wachsenden Helix, um das aktive Virus herzustellen.

Bei einigen Proteinkomplexen ist die Selbstorganisation jedoch nur auf Mutationen oder Krankheiten zurückzuführen.

Hämoglobin, das sauerstofftransportierende Protein, das in den roten Blutkörperchen vorkommt, ist ein Tetramer aus zwei Alpha-Untereinheiten und zwei ähnlichen Beta-Untereinheiten. Bei Sichelzellenanämie hat mutiertes Hämoglobin jedoch ein hydrophobes Pflaster, das die Affinität zwischen den Hämoglobin-Tetrameren erhöht, was dazu führt, dass sie sich zu einer abnormalen Ansammlung von Hämoglobinfasern zusammenballen.

Diese Fasern verändern die Blutzellen von einer Sphäroid- in eine Halbmondform und verstopfen dadurch die Blutgefäße.

Obwohl sich viele Proteine ohne externe Hilfe selbst assemblieren, helfen Assemblierungsfaktoren wie molekulare Chaperone dabei, dass sich Proteinkomponenten zu einem stabilen und funktionsfähigen Komplex zusammensetzen.

Das 26S-Proteasom, eine molekulare Maschinerie, die den regulierten Proteinabbau unterstützt, besteht aus zwei unterschiedlichen Unterkomplexen: einem tonnenförmigen 20S-Kernpartikel und zwei 19S-regulatorischen Partikelkappen. Jeder Unterkomplex setzt sich weiterhin aus mehreren Proteinuntereinheiten zusammen.

Mehrere Proteasom-dedizierte Chaperone integrieren diese Untereinheiten in ihre jeweiligen Unterkomplexe. Schließlich setzen Chaperone die Unterkomplexe zum vollständigen Proteasom-Komplex zusammen.